AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto 1/22
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AQ-USB Resolution 4350 AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 Manual do Produto 1/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto AQ-USB Resolution 4350 Interface para digitalização de sinais elétricos Copyright © 2009 da AQX Instrumentação Eletrônica S.A. Denominações Comerciais: AQX é marca registrada da AQX Instrumentação Eletrônica S.A. Todas as denominações comerciais são de propriedade de seus respectivos titulares. Direitos sobre Produto: Todos os nomes de produtos e corporações mencionados nesta publicação são usados somente para propósitos de identificação. As marcas registradas, direitos autorais e copyrights pertencem às suas respectivas companhias. Aviso de Copyright: Todos os direitos reservados. Este manual está sob as leis de direitos autorais e copyright da AQX Instrumentação Eletrônica S.A. Nenhuma parte deste manual pode ser reproduzida, transmitida, transcrita, traduzida para qualquer outra língua, ou armazenada em um sistema de restauração, de qualquer forma ou por quaisquer meios, tais como eletrônicos, mecânicos, magnéticos, ópticos, químicos, manuais ou outros, sem permissão por escrito da AQX Instrumentação Eletrônica S.A. Declaração: A AQX Instrumentação Eletrônica S.A. não faz nenhuma representação ou garantia em relação ao conteúdo deste manual. Nos reservamos o direito de fazer emendas ao manual ou revisar as especificações do produto descrito nele de tempos em tempos, sem a obrigação de notificar qualquer pessoa de tal procedimento. A informação contida neste manual é fornecida aos nossos consumidores para uso geral. Os consumidores devem estar atentos ao fato de que o campo da computação pessoal está sujeito a muitas patentes. Todos os nossos consumidores devem garantir que o uso de nossos produtos não as infrinja. É política da AQX Instrumentação Eletrônica S.A. respeitar os direitos de patentes de terceiros válidos e não infringir ou fazer com que outros desrespeitem tais direitos. Sobre este Manual: Este Manual pode ajudar fabricantes de sistemas e usuários finais a configurar este produto. As informações neste manual foram cuidadosamente checadas em relação à sua confiabilidade. No entanto, não há garantias quanto à exatidão do conteúdo. As informações neste documento estão sujeitas a mudanças sem aviso prévio. Contato: AQX Instrumentação Eletrônica S.A. Endereço: Rua Lauro Linhares, 589, 3º andar, sala 4, Florianópolis - Santa Catarina - Brasil – CEP 88036-001 Telefone: 55 (48) 3333-2770 / 55 (48) 2107-2724 Email: [email protected]/ [email protected] / [email protected] Site: www.aqx.com.br *Para mais informação, por favor, visite nosso site na Internet em "www.aqx.com.br". AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 2/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto Sumário 1 Apresentação....................................................................................................................4 2 Características Técnicas...................................................................................................6 3 Configuração e utilização..................................................................................................8 3.1 Layout .......................................................................................................................8 3.1.1 Jumper ...............................................................................................................9 3.1.2 LED's..................................................................................................................9 3.1.3 Conectores .........................................................................................................9 3.2 Alimentação...............................................................................................................9 3.3 LED's .......................................................................................................................10 3.4 Conectores ..............................................................................................................10 3.4.1 Conector USB para Flat-cable (CN1) ...............................................................10 3.4.2 Conector USB-B (CN2) ....................................................................................10 3.4.3 Conectores Barrier Block (CN5, CN6) .............................................................11 3.4.3.1 Conectores IDC para Flat-Cable (CN8, CN9, CN10 e CN11) ...................12 3.4.3.2 Conector Power Jack (CN12)....................................................................15 4 Descritivo de funcionamento...........................................................................................16 4.1 Entradas analógicas ................................................................................................17 4.2 Saídas analógicas ...................................................................................................18 4.3 Entradas e saídas digitais........................................................................................21 4.3.1 Contadores.......................................................................................................22 4.3.2 Clock externo para o início de aquisição ..........................................................22 AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 3/22 AQ-USB Resolution 4350 1 Manual do Produto Apresentação A AQ-USB Resolution 4350 é uma interface para microcomputadores com conexão através da porta de comunicação USB, destinada à aquisição e geração de sinais elétricos. Instrumento para profissionais das áreas técnica e de engenharia, empresas de consultoria, prestadores de serviços, laboratórios de ensaios e testes, centros de pesquisa, formação e treinamento. Características Gerais: 16 entradas analógicas de 16 bits single-ended; 8 saídas analógicas de 16 bits single-ended; 32 entradas/saídas digitais; 1 saída de freqüência; 1 entrada para clock externo; Amostragem a 10 KSamples/s para todas as entradas simultaneamente. Aplicações: Interfaces entre microcomputadores e sistemas físicos; Aquisição, registro e geração de sinais analógicos e digitais; Integração em nível de desenvolvimento de produtos; Automação de processos industriais; Supervisão, comando e controle de máquinas e equipamentos; Sistemas de ensaios e testes para campo e laboratório; Treinamentos, simulações e prototipações de sistemas. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 4/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto Figura 1 – AQ-USB sem gabinete. Figura 2 – AQ-USB com gabinete. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 5/22 AQ-USB Resolution 4350 2 Manual do Produto Características Técnicas Interface USB 2.0, escrava, full-speed, 12 Mbits/s; Alimentação via USB (bus-powered, limitada a 500 mA) ou externa (wall-plug +5 V, 2A); Conectores tipo barrier-block e tipo IDC para flat cable; Proteção contra sobretensões e transientes para todas as entradas e saídas analógicas e digitais, conforme norma IEC 1000-4; Característica fault protected, garantindo que na perda de alimentação a placa não interfere no sistema ao qual foi conectada; Operação em temperatura de 0 a 50° C e umidade relativa até 95% sem condensação; Dimensões: 192x188x65 mm (com gabinete e com conectores barrier-block) 184x180x20 mm (sem gabinete e sem conectores barrier-block); Expansibilidade do número de canais através de diferentes interfaces AQ-USB (opcional). Entradas analógicas: 16 entradas analógicas single-ended; Faixas de tensão: ±10 V,±1 V,±0,1 V e ±0,05 V, selecionadas por software; Impedância de entrada: Superior a 10 MΩ; Defasagem máxima entre todos os canais: Inferior a 50 μs; Defasagem máxima entre canais consecutivos: Inferior a 5,25 μs; Número de bits do conversor A/D: 16 bits; Amostragem máxima de 10 KSamples/s para todas as entradas. Saídas analógicas: 8 saídas analógicas single-ended; Modo PWM (modulação por largura de pulso) para saídas 1 e 2 configurado por software; Faixas de tensão: ±10 V e ±0,1 V, selecionadas por software; Impedância de saída: 170 Ω; Número de bits do conversor D/A: 16 bits; Capacidade de corrente de saída: 10 mA por canal (com alimentação externa). Entradas/Saídas digitais: 32 E/S digitais agrupadas em 4 portas de 8 canais, cada porta configurável como entrada ou saída; Possibilidade de configuração de 4 entradas para medição de eventos para frequências de até 5 KHz; 1 entrada para clock externo de aquisição até 10 KS/s com polaridade definida por AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 6/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto software (opções para borda de subida e borda de descida); 1 saída digital para geração de freqüências, podendo gerar freqüências de 0,238 Hz até 500 KHz; Schmitt trigger e Debouncing para todas as entradas; Níveis de entrada: +2,6 V até +15 V para nível lógico alto e -15 V até +0,8 para nível lógico baixo; Níveis de saída: mínimo +2,6 V para nível lógico alto e máximo +0,4 V para nível lógico baixo; Capacidade de corrente de saída: 10 mA por canal (com alimentação externa); Amostragem máxima de 10 KSamples/s para todas as saídas. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 7/22 AQ-USB Resolution 4350 3 3.1 Manual do Produto Configuração e utilização Layout O layout da AQ-USB Resolution 4350 pode ser visto na figura abaixo. Figura 3 – Layout da AQ-USB. Como se pode ver na figura, a interface da AQ-USB Resolution 4350 com o usuário é bastante simples, sendo composta basicamente por led's, jumper e conectores. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 8/22 AQ-USB Resolution 4350 3.1.1 Manual do Produto Jumper O jumper (J1) é o responsável pela seleção da forma da alimentação. Maiores explicações sobre as formas de alimentação da placa podem ser encontradas no item 3.2. 3.1.2 LED's Os led's (LD1 a LD4) são os responsáveis por prover informação ao usuário sobre as ações tomadas no hardware. O significado de cada led, quando aceso, pode ser visto no item 3.3. 3.1.3 Conectores Os conectores (CN1 a CN11) são os responsáveis pela interface entre a placa e o microcomputador e pela interface entre a placa e os sinais que se deseja adquirir. Maiores informações sobre os conectores podem ser encontradas no item 3.4. 3.2 Alimentação A alimentação da AQ-USB pode ser feita pela interface USB ou por uma fonte externa, sendo que a seleção entre estas duas é feita por jumper (J1). A tabela abaixo explica em qual posição o jumper deve ser configurado para cada forma de alimentação. Tabela 1 – Jumper para seleção da alimentação. Posição 1-2 3-4 Alimentação Interface USB (“bus powered”) Externa (“self powered”) Em uma aplicação onde nenhum sinal está sendo gerado (saídas analógicas e digitais em aberto) a utilização da alimentação pela interface USB pode ser utilizada. No caso de geração de sinais é indispensável o uso de alimentação externa, através de fonte tipo wall-plug. Ainda no caso da AQ-USB ser conectada a um hub USB que não seja capaz de fornecer corrente de 500mA para alimentação, o uso de fonte externa também é necessário. Obs 1: Quando conectado a um hub USB, sendo este alimentado pela própria interface USB (“bus powered“), a placa deve ser necessariamente alimentado pela fonte externa, por exigir mais corrente do que o hub pode fornecer. Obs 2: Quando a placa estiver sendo alimentada pela interface USB, o usuário deve assegurar que o microcomputador não entre em modo “sleep” em nenhum momento, pois isso poderia comprometer o funcionamento do sistema. 3.3 LED's AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 9/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto Como mencionado no item 3.1.2, os led's têm a função de informar ao usuário sobre as ações básicas que estão sendo executadas pelo hardware. A tabela abaixo explica o significado de cada led, quando aceso. Tabela 2 – Indicações dos led's. Led Ld1 e Ld2 Ld3 Ld 4 3.4 Significado Código de ações especiais Placa adquirindo Placa ligada Conectores Como explicado no item 3.1.3, os conectores são os responsáveis pela interface da placa AQ-USB Resolution 4350 e o que se deseja conectar a ela. Nos próximos itens se faz uma descrição detalhada de cada tipo de conector encontrado na placa. 3.4.1 Conector USB para Flat-cable (CN1) É utilizado para a ligação direta com o circuito USB da unidade de processamento (ex: placa mãe). Pode ser utilizado no caso da integração em sistemas embarcados, onde a CPU possua esse tipo de conector, facilitando a conexão da USB internamente. Na maioria dos casos, no entanto, não é utilizado. Tabela 3 – Conector CN1. Pino 1 3 5 7 Demais 3.4.2 Sinal VCC DD+ GND Não conectados Descrição Alimentação (5V) Entrada negativa de dados Entrada positiva de dados Referência - Direção E E E E - Conector USB-B (CN2) É utilizado para conexão entre a AQ-USB e PCs ou Notebooks através de cabo padrão USB. Tabela 4 – Conector CN2. Pino 1 2 3 4 3.4.3 Sinal VCC DD+ GND Descrição Alimentação (5V) Entrada negativa de dados Entrada positiva de dados Referência Direção E E E Conectores Barrier Block (CN5, CN6) A AQ-USB possui dois conectores Barrier-Block para conexão direta de sinais externos. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 10/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto São utilizados em ambiente de laboratório para conectar sinais externos para a aquisição. No conector CN5 estão disponibilizados as entradas e saídas analógicas. No conector CN6 estão disponibilizados as entradas e saídas digitais. Ainda em cada conector, estão os pinos de saída de freqüência e de entrada de clock externo. Nas Tabelas abaixo estão listadas as pinagens desses conectores. Tabela 5 – Conector CN5 – Conector principal das entradas e saídas analógicas. Pino 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Sinal EA1 AGND EA2 AGND EA3 AGND EA4 AGND EA5 AGND EA6 AGND EA7 AGND EA8 AGND EA9 AGND EA10 AGND EA11 AGND EA12 AGND EA13 AGND EA14 AGND EA15 AGND EA16 AGND SA1 AGND SA2 AGND SA3 AGND SA4 AGND SA5 AGND SA6 AGND SA7 AGND SA8 AGND NC NC Descrição Entrada analógica 1 Referência analógica Entrada analógica 2 Referência analógica Entrada analógica 3 Referência analógica Entrada analógica 4 Referência analógica Entrada analógica 5 Referência analógica Entrada analógica 6 Referência analógica Entrada analógica 7 Referência analógica Entrada analógica 8 Referência analógica Entrada analógica 9 Referência analógica Entrada analógica 10 Referência analógica Entrada analógica 11 Referência analógica Entrada analógica 12 Referência analógica Entrada analógica 13 Referência analógica Entrada analógica 14 Referência analógica Entrada analógica 15 Referência analógica Entrada analógica 16 Referência analógica Saída analógica 1 Referência analógica Saída analógica 2 Referência analógica Saída analógica 3 Referência analógica Saída analógica 4 Referência analógica Saída analógica 5 Referência analógica Saída analógica 6 Referência analógica Saída analógica 7 Referência analógica Saída analógica 8 Referência analógica Não conectado Não conectado Direção E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E S S S S S S S S S S S S S S S S - Tabela 6 – Conector CN6 – Conector principal de entradas e saídas digitais. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 11/22 AQ-USB Resolution 4350 Pino 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 3.4.3.1 Sinal CN_DIG01 CN_DIG02 DGND CN_DIG03 CN_DIG04 DGND CN_DIG05 CN_DIG06 DGND CN_DIG07 CN_DIG08 DGND CN_DIG09 CN_DIG10 DGND CN_DIG11 CN_DIG12 DGND CN_DIG13 CN_DIG14 DGND CN_DIG15 CN_DIG16 DGND CN_DIG17 CN_DIG18 DGND CN_DIG19 CN_DIG20 DGND CN_DIG21 CN_DIG22 DGND CN_DIG23 CN_DIG24 DGND CN_DIG25 CN_DIG26 DGND CN_DIG27 CN_DIG28 DGND CN_DIG29 CN_DIG30 DGND CN_DIG31 CN_DIG32 DGND CN_FREQ_OUT CN_TRIGGER Manual do Produto Descrição Canal digital 1 Canal digital 2 Referência digital Canal digital 3 Canal digital 4 Referência digital Canal digital 5 Canal digital 6 Referência digital Canal digital 7 Canal digital 8 Referência digital Canal digital 9 Canal digital 10 Referência digital Canal digital 11 Canal digital 12 Referência digital Canal digital 13 Canal digital 14 Referência digital Canal digital 15 Canal digital 16 Referência digital Canal digital 17 Canal digital 18 Referência digital Canal digital 19 Canal digital 20 Referência digital Canal digital 21 Canal digital 22 Referência digital Canal digital 23 Canal digital 24 Referência digital Canal digital 25 Canal digital 26 Referência digital Canal digital 27 Canal digital 28 Referência digital Canal digital 29 Canal digital 30 Referência digital Canal digital 31 Canal digital 32 Referência digital Saída de freqüência Entrada para sinal de trigger externo Direção E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S S E Conectores IDC para Flat-Cable (CN8, CN9, CN10 e CN11) A placa possui quatro conectores IDCSN-26 utilizados para conexão direta dos sinais em módulos de hardware que possuem tal conector. São utilizados em sistemas embarcados onde é necessário a conexão dos sinais diretamente com outros módulos de hardware (EX: Condicionadores de Sinais Externos). A conexão com os demais sistemas é feita através de cabos planos (“flat cable”), sendo que o pino 1 corresponde à via de cor diferente das demais (normalmente vermelha ou rosa). Nos conectores CN8 e CN9 estão disponibilizados as entradas e saídas analógicas, AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 12/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto sendo que o conector CN9 disponibiliza as 8 primeiras entradas analógicas e as quatro primeiras saídas analógicas. O conector CN8 disponibiliza as 8 últimas entradas analógicas e as quatro últimas saídas analógicas. Nos conectores CN10 e CN11 estão disponibilizados os canais digitais, sendo que o conector CN11 disponibiliza os 16 primeiros canais digitais e o conector CN10 disponibiliza os 16 últimos canais digitais. Ainda em cada conector, estão os pinos de saída de freqüência e de entrada de clock externo (esses pinos estão duplicados, ficando disponível nos dois conectores). Nas Tabelas abaixo estão listados as pinagens desses conectores. Tabela 7 – Conector CN8 – Conector IDC para entradas e saídas analógicas. Pino 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Sinal EA9 AGND EA10 AGND EA11 AGND EA12 AGND EA13 AGND EA14 AGND EA15 AGND EA16 AGND SA5 AGND SA6 AGND SA7 AGND SA8 AGND NC NC Descrição Entrada analógica 9 Referência analógica Entrada analógica 10 Referência analógica Entrada analógica 11 Referência analógica Entrada analógica 12 Referência analógica Entrada analógica 13 Referência analógica Entrada analógica 14 Referência analógica Entrada analógica 15 Referência analógica Entrada analógica 16 Referência analógica Saída analógica 5 Referência analógica Saída analógica 6 Referência analógica Saída analógica 7 Referência analógica Saída analógica 8 Referência analógica Não conectado Não conectado Direção E E E E E E E E E E E E E E E E S S S S S S S S - Tabela 8 – Conector CN9 – Conector IDC para entradas e saídas analógicas. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 13/22 AQ-USB Resolution 4350 Pino 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Sinal EA1 AGND EA2 AGND EA3 AGND EA4 AGND EA5 AGND EA6 AGND EA7 AGND EA8 AGND SA1 AGND SA2 AGND SA3 AGND SA4 AGND NC NC Manual do Produto Descrição Entrada analógica 1 Referência analógica Entrada analógica 2 Referência analógica Entrada analógica 3 Referência analógica Entrada analógica 4 Referência analógica Entrada analógica 5 Referência analógica Entrada analógica 6 Referência analógica Entrada analógica 7 Referência analógica Entrada analógica 8 Referência analógica Saída analógica 1 Referência analógica Saída analógica 2 Referência analógica Saída analógica 3 Referência analógica Saída analógica 4 Referência analógica Não conectado Não conectado Direção E E E E E E E E E E E E E E E E S S S S S S S S - Tabela 9 – Conector CN10 – Conector IDC para digitais. Pino 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Sinal CN_DIG17 CN_DIG18 DGND CN_DIG19 CN_DIG20 DGND CN_DIG21 CN_DIG22 DGND CN_DIG23 CN_DIG24 DGND CN_DIG25 CN_DIG26 DGND CN_DIG27 CN_DIG28 DGND CN_DIG29 CN_DIG30 DGND CN_DIG31 CN_DIG32 DGND CN_FREQ_OUT CN_TRIGGER Descrição Canal digital 17 Canal digital 18 Referência digital Canal digital 19 Canal digital 20 Referência digital Canal digital 21 Canal digital 22 Referência digital Canal digital 23 Canal digital 24 Referência digital Canal digital 25 Canal digital 26 Referência digital Canal digital 27 Canal digital 28 Referência digital Canal digital 29 Canal digital 30 Referência digital Canal digital 31 Canal digital 32 Referência digital Saída de freqüência Entrada para sinal de trigger externo Direção E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S S E Tabela 10 – Conector CN11 – Conector IDC para digitais. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 14/22 AQ-USB Resolution 4350 Pino 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 3.4.3.2 Sinal CN_DIG01 CN_DIG02 DGND CN_DIG03 CN_DIG04 DGND CN_DIG05 CN_DIG06 DGND CN_DIG07 CN_DIG08 DGND CN_DIG09 CN_DIG10 DGND CN_DIG11 CN_DIG12 DGND CN_DIG13 CN_DIG14 DGND CN_DIG15 CN_DIG16 DGND CN_FREQ_OUT CN_CLOCK Manual do Produto Descrição Canal digital 1 Canal digital 2 Referência digital Canal digital 3 Canal digital 4 Referência digital Canal digital 5 Canal digital 6 Referência digital Canal digital 7 Canal digital 8 Referência digital Canal digital 9 Canal digital 10 Referência digital Canal digital 11 Canal digital 12 Referência digital Canal digital 13 Canal digital 14 Referência digital Canal digital 15 Canal digital 16 Referência digital Saída de freqüência Entrada para sinal de clock externo Direção E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S E/S S E Conector Power Jack (CN12) A alimentação externa é feita através de conector tipo Power Jack (CN12) localizado na parte posterior da AQ-USB. A polaridade da conexão é indicada na figura a seguir. Figura 4 – Polaridade do conector de alimentação. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 15/22 AQ-USB Resolution 4350 4 Manual do Produto Descritivo de funcionamento Por se tratar de um dispositivo USB, a AQ-USB Resolution 4350 possui todas as facilidades de instalação que este barramento oferece. Ao se conectar a placa na interface USB pela primeira vez, o sistema operacional informa que um novo hardware foi detectado e parte para a instalação dos drivers necessários, caso estes ainda não tenham sido instalados. Normalmente os drivers são instalados junto com o software que acompanha a placa. Para fazer a instalação, favor se referir ao Guia Rápido de Uso. Após o sistema operacional ter reconhecido corretamente a placa, o software é responsável, primeiramente, pelo carregamento de informações que configuram a placa para permitir seu correto funcionamento. Uma vez que a placa tenha sido configurado, ele estará pronto para uso, e o software poderá ser utilizado para sua parametrização e demais funcionalidades. O software permite a operação remota da placa, e inclusive permite que possíveis correções ou novas funcionalidades de hardware sejam incorporadas ao mesmo sem necessidade de intervenção do usuário. Isso facilita, em muito, sua manutenção, pois informações reais do campo, muitas vezes difíceis de serem reproduzidas em laboratório, podem ser analisadas, e as eventuais correções podem ser feitas rapidamente. O hardware é composto basicamente por uma lógica programável, que coordena todo o funcionamento da placa, o canal das entradas analógicas, composto por multiplexador e conversor A/D, o canal das saídas analógicas, composto por conversores D/A, o canal digital, composto por um circuito de proteção, um conversor de nível, um circuito schmitttrigger, um barramento para comunicação com outras placas, uma E2PROM para armazenar valores de calibração e um circuito de interface USB composto por um buffer, um conversor paralelo/USB, uma E2PROM e conector + alimentação. O diagrama de blocos da placa pode ser visto na figura abaixo. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 16/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto Figura 5 – Diagrama de blocos da placa. A seguir, explicações mais detalhadas das diversas seções que constituem a placa. 4.1 Entradas analógicas As entradas analógicas, normalmente simples (“single-ended”), podem ser diferenciais, quando se utiliza um módulo opcional em conjunto com a placa. Este manual apresenta os dois casos. Obs: as referências às entradas diferenciais consideram que o usuário possui o módulo opcional; se este não for o caso, favor desconsiderar tais referências. No caso de entradas simples, todas são referenciadas a um mesmo potencial, chamado aqui de “Terra Analógico” (AGND). Cada sinal analógico vindo do sistema deve estar acompanhado de sua referência, que deverá ser ligada ao ponto AGND correspondente. Se as entradas forem diferenciais, o sinal efetivo é obtido pela diferença entre dois sinais, sendo um o inverso do outro. Este sinal efetivo é, interno à placa, ligado ao potencial AGND. As entradas diferenciais apresentam maior imunidade a ruídos, sendo especialmente úteis quando se trabalha com baixos níveis de tensão. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 17/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto São definidas 2 faixas de operação para as entradas analógicas: ±10V e ±0.1V. No caso das entradas diferenciais, a diferença máxima entre os sinais diferenciais não deve superar, em módulo, a 10V e 0.1V, respectivamente. Vale salientar que cada entrada pode ter sua faixa de operação definida individualmente. A faixa apropriada de operação deve ser selecionada de acordo com os sinais a serem monitorados, para melhor aproveitamento da resolução dos conversores analógico/digitais. O exemplo a seguir ajuda a compreensão. Supõe-se que uma faixa de operação de ±0.1V tenha sido selecionada. A placa possui dois conjuntos idênticos, cada um constituído basicamente por 1 multiplexador, 1 buffer, 2 circuitos de ajuste de ganho e offset, e 2 conversores A/D. Os 2 circuitos de ajuste e os 2 conversores trabalham em paralelo, e são necessários para a operação nas 2 faixas definidas acima. Cada grupo é responsável por 8 entradas simples ou 4 entradas diferenciais. Os multiplexadores servem para selecionar quais sinais presentes nas entradas irão, cada um a seu tempo, para o buffer e posteriormente para o restante do circuito. O buffer é inserido no circuito para aumentar a impedância de entrada da placa, reduzindo o consumo de corrente nas entradas analógicas a níveis desprezíveis. No caso de entradas simples, o MUX envia 1 dos 8 sinais “+EA...” de entrada ao terminal positivo do buffer. A saída deste, por sua vez, é conectada aos circuitos de ajuste de ganho e offset. O sinal é condicionado, por este circuito de ajuste, para poder ser recebido pelo conversor A/D, que não aceita em sua entrada os níveis de tensão vindos diretamente do buffer. Efetuada a conversão, o valor digital correspondente é passado ao software. No caso das entradas diferenciais, o módulo opcional recebe tais entradas e as converte em entradas simples, conectando-as ao MUX. Deste ponto em diante, o caminho é o mesmo descrito anteriormente. A taxa máxima de amostragem é limitada em 10KHz, independente do número de canais amostrados. O usuário pode escolher, pelo software, uma taxa de amostragem entre 0.3Hz e 10KHz. Opcionalmente, a aquisição pode ser iniciada por um sinal externo. 4.2 Saídas analógicas As saídas analógicas são geradas por um único circuito integrado que possui internamente 8 conversores D/A independentes. São definidas 2 faixas de saídas: 10V e 0.1V. Todas as saídas devem estar na mesma faixa de operação, referenciadas ao potencial AGND. Cada sinal analógico exteriorizado deve estar acompanhado de sua referência correspondente. Tais referências devem ser conectadas à referência do sistema externo. Dependendo da faixa de operação escolhida, muda-se automaticamente a tensão de referência do conversor D/A, mudando-se assim a amplitude da tensão gerada. Também se muda o offset a ser inserido no sinal através do circuito de ajuste de ganho e offset. Este circuito se encarrega de disponibilizar os níveis adequados nas saídas. Cada saída pode fornecer 10mA. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 18/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto Obs: se a capacidade de corrente de saída for excedida, pode-se causar mau funcionamento ou mesmo danos permanentes a placa. Como funcionalidade extra, as duas primeiras saídas analógicas (SA1 e SA2) podem ser utilizadas para gerar sinais PWM (Pulse Width Modulation – modulação por largura de pulso). Tais sinais possuem como parâmetros freqüência e positive duty-cycle (porcentagem de tempo em alto em relação ao tempo total) e possuem apenas 2 níveis (alto e baixo). Figura 6 – Sinal PWM. Com o período do sinal a ser gerado T, o duty-cycle (em porcentagem) é definido como a razão entre o tempo em que o sinal permanece no nível alto (talto) e o período, multiplicado por 100: D= t alto .100 T Na figura anterior, o duty-cycle é de 50%, ou seja, o sinal permanece 50% do período no nível alto e 50% do período no nível baixo. Variando-se D variamos a largura do pulso. As figuras seguintes mostram dois valores possíveis para D, menor que 50% e maior que 50%, respectivamente. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 19/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto Figura 7 – Duty-cycle menor que 50%. Figura 8 – Duty-cycle maior que 50%. Para as saídas PWM, são configurados na interface, a freqüência (período), o duty-cycle e os valores de amplitude para nível alto e nível baixo. A faixa de freqüência permitida é de 50Hz a 10KHz, o duty-cycle pode variar de 0 a 100% e os níveis alto e baixo devem respeitar as faixas de tensão permitidas nas saídas. Deve ser ressaltado que para freqüências mais altas o duty-cycle apresenta uma resolução menor. O erro máximo na definição do duty-cycle corresponde a 250ns, e tal erro começa a ser mais significativo quanto menor for o período do sinal gerado. Como exemplo, para uma freqüência de saída de 2,5KHz, o erro pode chegar a aproximadamente 0,06%. Outro fator a ser levado em conta para a saída de PWM, é o slew rate das saídas analógicas (taxa de variação da tensão em relação ao tempo quando temos um "degrau" na entrada). O slew rate das saídas analógicas da AQ-USB é 0,8V/μs e é mais evidente para altas freqüência. Para um sinal PWM variando de -10V a +10V (máximo permitido na interface), tem-se um atrazo de 16μs para o sinal de saída alterar de nível baixo (-10V) para nível alto (+10V). AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 20/22 AQ-USB Resolution 4350 4.3 Manual do Produto Entradas e saídas digitais Os canais digitais são divididos em 4 grupos de 8, e cada grupo pode ser configurado como “entrada” ou “saída”. As entradas e saídas compartilham um mesmo meio físico (barramento), e por isso a necessidade dos buffers 3-state, que podem assumir o estado de alta impedância. Se o canal digital pertence a um grupo definido como “saída”, o buffer 3-state superior é desabilitado (ou seja, entra em alta impedância, abrindo o circuito entre o meio externo e a lógica programável). Ao mesmo tempo, o buffer 3-state inferior é habilitado, permitindo a passagem, para o meio externo, do sinal de saída. Cada saída digital pode suprir 10mA de corrente. Obs: se a capacidade de corrente de saída for excedida, pode-se causar mau funcionamento ou mesmo danos permanentes a placa. Por outro lado, se o canal digital pertence a um grupo definido como “entrada”, o oposto ocorre, e apenas o sentido “meio externo – lógica programável” é habilitado. Todas as entradas possuem ainda uma característica schmitt-trigger, responsável por evitar que sinais digitais com transições muito lentas sejam mal interpretados. Como proteção extra, cada entrada passa por um filtro debouncing, implementado internamente na lógica programável. Os níveis lógicos para as entradas digitais são dados na tabela abaixo. Tabela 11 – Níveis lógicos para as entradas digitais. Tensão -15V a +0.8V +2.6V a +15V Nível lógico “0” “1” Deve ser ressaltado que para níveis de tensão de entrada acima de 5.5V, embora permitidos, a resistência diminui de 100KΩ para cerca de 180Ω, aumentando o consumo de tal entrada na mesma proporção. Dessa forma, é necessário que o circuito que a alimenta seja capaz de fornecer a corrente exigida.A tabela abaixo mostra o consumo para 3 níveis de tensão. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 21/22 AQ-USB Resolution 4350 Manual do Produto Tabela 12 – Consumo das entradas digitais. Tensão Resistência de entrada +15V +10V +5V Consumo (mA) 83.33 55.55 0.05 180Ω 100KΩ Analogamente, para níveis de tensão abaixo de –0.5V, o consumo também aumenta. Os níveis lógicos para as saídas digitais são dados na tabela abaixo, para o pior caso. Tabela 13 – Níveis lógicos. Nível lógico “0” “1” 4.3.1 Tensão < 0.4V > 2.6V Contadores A placa possui 4 contadores de 22 bits, implementados na lógica programável, que podem ser associados a quaisquer 4 entradas digitais. Isto possibilita a detecção de tempo entre eventos e/ou medições indiretas de freqüências, até 1MHz, com resolução de 500ns. Um quinto contador de 22 bits, independente, pode ser utilizado para geração de freqüências (ondas quadradas) desde 0.238Hz até 500KHz. A onda gerada é exteriorizada nos pinos CN_FREQ_OUT dos conectores CN9 e CN10. 4.3.2 Clock externo para o início de aquisição Existe uma entrada dedicada para um clock externo, nos pinos CN_CLOCK dos conectores CN9 e CN10. Este sinal pode temporizar a aquisição e o controle realizados pela placa, sendo uma opção à freqüência de aquisição programada para a placa. Poderia, por exemplo, vir de um receptor de GPS com uma saída de clock, e assim vários cartões poderiam iniciar a aquisição simultaneamente. Obs: não é permitido o uso simultâneo de uma freqüência de aquisição programada na placa e do sinal de trigger externo. A alteração de funcionamento de “trigger interno” para “trigger externo” é feita por software, assim como a polaridade do trigger externo, possibilitando o início da aquisição tanto por uma transição de subida quanto por uma transição de descida. AQX Instrumentação Eletrônica S.A. 05/05/09 - Rev 019 22/22
